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“峨峨云梯翔，赫赫火箭著。”
——韩愈
我们的故事开始于一个不早不晚的年代。1945年的5月2日，也就是希特勒夫妇在地堡内自杀后的第三天，第二次世界大战已经接近尾声，虽然日本还未投降，仍然在做垂死挣扎，但战争胜负的大局已定，不可逆转。
德国南部的阿尔卑斯山区，一个颇有特色、叫作阿玛高（Oberammergau）的小镇附近，远望高山巍峨、雪峰挺拔；近看湖水碧秀、绿草如茵。这里气候宜人、风景似画，使人难以想象到如此美景也曾被战火硝烟所糟蹋。那天，美军第44步兵师的一队侦察兵正在执行四处巡逻任务，忽然看见两辆自行车从山上缓缓而下……
来者之一操着一口有着浓重德国腔调的蹩脚英语，结结巴巴地向士兵说明他的哥哥是谁：“V2导弹……设计师……冯·布劳恩……要投降……”
当时没人不知道V2导弹，那是让盟军不寒而栗的新型终极致命武器！希特勒为了加速战争最后的进程，聚集科学家和工程师们，于德国的佩讷明德陆军和空军试验基地成功地研制出V2导弹，并在多处地下工厂大量生产。
就在不到一年之前，1944年9月8日的清晨6点，泰晤士河边一声巨响，1吨多的炸药从天而降，惊醒了无数睡梦中的伦敦人。可是，天上并没有看见德国佬的轰炸机啊！原来这些重磅炸弹是来自于300公里之外荷兰海牙的德军基地，炸弹的携带者就是V2导弹，它花了不到6分钟就飞越了英吉利海峡，神出鬼没地在伦敦爆炸。之后短短的6个月内，疯狂的纳粹德国接二连三地共发射了3745枚V2导弹，其中有1115枚击中英国本土，共炸死2724人，炸伤6476人，对建筑物也造成相当大的破坏。此外，攻击比利时的V2导弹造成6500人死亡，伤者数万。正是“铁球步帐三军合，火箭烧营万骨乾”。
当然，如今我们仔细一算，这造价昂贵（12万马克）
的V2导弹实在太不合算，效率极低，平均一个导弹才炸死2～3个人，由此也足以证明当时德军困兽犹斗的疯狂劲头。无论如何，这门武器因为不易被拦截而造成当年的欧洲社会人心惶惶。此外，希特勒为了尽快制造出足够多的V2导弹，建立地下工厂批量生产，残酷地压榨犹太人和抓来的普通劳工。据说为生产导弹而累死的纳粹劳工就有数万人，比轰炸敌国炸死的人还要多。
当时V2武器的威力没有能挽回德军的败局，但它拉开了新式作战的序幕，无疑是一项重大的军事技术突破。艾森豪威尔在回忆录中说：“如果德国人提早6个月完善并使用这些武器的话，我们要进入欧洲将是极端困难的，甚至是不可能的。”为此，当年的盟军迫切希望获得V2导弹，四处寻找这个项目背后的科学家。
没想到这一天，研制V2导弹的顶级专家却自己送上门来，正是踏破铁鞋无觅处，得来全不费工夫，美国人不由得乐在眉尖、喜上心头：“哦，欢迎你们投降，用你们的技术为美国效劳。”
两位来访者早就准备好了说辞：“统帅们不希望我们落入斯大林手里，于是在3月份就要求我哥哥（即冯·布劳恩）和他手下的500名科研人员带着大量资料离开了科研基地，躲避正在逼近的俄国红军……我们手中有大量的资料、技术和人才，也愿意服务于美国，但条件是希望能得到善待。”
这有什么可说的，双方很快便达成协议并且找到了藏身于高级别墅、正在欣赏山间美景的冯·布劳恩。这位著名的火箭专家被俘时才32岁，年轻帅气、英姿焕发，但因为不久前出车祸，手上还打着石膏绷带（与战争无关）。面对荷枪实弹的美国兵，布劳恩说了一句话，但语气中仍带有德国科学家那种惯有的骄傲：“我们虽然战败了，但我们开创了全新的战争模式。你们找我，就是为了得到这种技术。”
德国的纳粹分子对人类犯下了不可饶恕的滔天罪行，但德国科学家毫无疑问地对科学技术的进步做出了重要的贡献。第二次世界大战除了战场上的较量之外，双方在科技上也明争暗斗，打着另一场战争，对核物理的研究最后导致原子弹武器的开发是另一个著名的例子。
希特勒对犹太人的迫害使得大批犹太裔科学家抵达美国，其中也包括爱因斯坦。这些从魔掌下逃离的物理学家们关注到德国在核研究方面的动向，由爱因斯坦牵头向美国报告说，德国科学家已经掌握了铀的原子裂变技术，即制造原子弹的第一步。如此才使美国政府开始意识到如果希特勒拥有这项技术，将带来前所未有的灾难，因而投资20亿美元启动了研发原子弹的“曼哈顿计划”。最终该计划获得成功并用于实战，缩短了战争的进程。
德国人的原子弹研究最终未成正果，著名物理学家海森伯曾经参与其中。就在布劳恩的兄弟与美国士兵商谈投降事宜的第二天，美军在海森伯的家中抓获了他。
德国已经崩溃，战争即将结束，与科技相关的竞争逐渐转化成了同盟国之间暗地争夺德国人才的斗争。美国在1945年初启动了“回形针”行动，苏联也相应实施了所谓“面包换人”的计划。
苏军原本在最后的德国战场上占尽了先机，曾在1945年1月直接威胁到了离德军火箭研制基地不远的地带。苏军还在波兰的荒野中发现了一些被德军丢弃的V2导弹外壳，他们立即将其送回莫斯科进行研究。
1945年3月，美军开进波恩，波恩大学的科学家们将一些相关资料撕碎丢进马桶中，但来不及处理堵塞的马桶就纷纷逃离了。一个波兰籍卫兵发现了马桶中的碎纸片，将它们全部掏出交给了美军。最后，这些残存的碎纸片组成了一份包含德国科研计划摘要和1500多名科学家、高级技术人员名单及家庭地址的重要文件，这份名单为美国找到这些科学家的“回形针”行动提供了极大的帮助。
在军方授权下，匈牙利裔美国工程师和物理学家冯·卡门（von Kármán，1881—1963）组建了一个由36位专家组成的调查团前往德国考察，其中包括他最得意的学生钱学森。冯·卡门等也审问过主动投降的布劳恩等人，考察了火箭技术并得出在该领域德国已领先美国10年的结论。钱学森在此行中得益匪浅，后来他冲破阻碍回到中国成为“两弹一星”的元勋级人物。
冯·布劳恩（von Braun，1912—1977）出生于德国普鲁士境内，其父母家族都有欧洲王室血统，其母在冯·布劳恩接受宗教洗礼之后，赠予他一台望远镜，从此布劳恩迷上了浩瀚星空，立志研究能一飞冲上太空的火箭技术。战争成全了他的理想，也改变了他的命运。1932年，布劳恩在20岁时就被命名为德国首个导弹试验场液体火箭研发项目的技术负责人。
他的梦想指向太空，但命运却让他击中了伦敦，杀害了不少无辜的民众。正如他在听到伦敦被击中的消息后说：“火箭工作正常，除了登陆在了错误的星球上。”
火箭的工作原理和飞机不一样。飞机在飞行时受到4个力的作用（图1-1（a）右上）：动力（即发动机产生的推力）、阻力、升力、重力。这里与地面交通工具不一样的是，飞机需要一个向上的“升力”，才有可能飞到天空中去。
升力是飞行不可或缺的重要元素，它是如何产生的呢？飞机的升力与机翼截面的形状密切相关，是通过机翼上下表面的气流速度的差异而产生的。如果将机翼沿飞行方向纵向剖开，得到的机翼剖面是一个上拱下平的形状（图1-1（a））。当空气流过机翼时，气流沿上下表面分开，最后在后缘处汇合。上表面弯曲，气流流过时走的路程较长；下表面平坦，气流的路程较短。根据伯努利原理，上表面的气流速度快而压力小，下表面低速气流对机翼压力较大，就产生了一个上下表面之间的压力差，也就是向上的升力。因此飞机是凭借空气动力学原理获得升力而飞行的，所以飞机只能在大气层中飞行，不可能飞到没有大气的太空中。
图1-1 火箭和飞机工作原理不同
（a）飞机；（b）火箭
火箭的工作原理不同于飞机（图1-1（b）），对火箭而言，无论是上升或前进，在任何方向得到加速度，靠的都是尾部气体喷出后产生的反作用力。作用与反作用定律也就是中学物理中为人熟知的牛顿第三定律。它说的是，反作用力总是与作用力相等，作用在不同的物体上。在火箭的情况下，燃料与氧化剂混合燃烧后产生的大量气体从火箭尾部向后喷出，如果将气体后喷所受的力当作作用力，它的反作用力则作用在火箭主体上，推动火箭向前。因此，由于火箭自身携带着燃料和氧化剂，既不需要空气来产生升力也不需要空气中的氧气帮助燃烧，适合在太空环境下工作。
众所周知，地球大气有一定的厚度，大气的密度随着距离地面高度的增加而减少。那什么高度就算是“太空”呢？事实上，太空和大气层之间并没有一条明显的界线，不过我们总是可以人为地给出一个规定的数值。国际航空联合会将100km的高度定义为大气层和太空的界线。美国认为到达海拔80km的人即为宇航员。因此，高度超过80km（到100km）可以算作进入了太空。
布劳恩及其团队在20世纪30年代的任务是研究开发液体燃料火箭（A4火箭）。他的脑海中无疑经常梦想到月球旅行，因为A4火箭上画的是科幻片《月亮夫人》的宣传画，一位坐在新月上的漂亮夫人！布劳恩当时甚至还制定了载人航天飞行计划。
十年的努力终于取得了突破，1942年10月，一枚A4火箭实现完美发射，飞行高度达到84.5km，飞行距离达到190km。其到达的高度已经算是抵达了“太空”，从航天的意义上，这可算是人造物体进入太空的第一个里程碑。
然而，战争正在激烈进行，德军步步败退，纳粹分子不要“登月”，也不在乎是否进入“太空”，他们只在乎火箭升得越高方能飞得越远，他们做的是制造武器、屠杀人类的另一种梦。从1943年开始，A4火箭变成了V2导弹。布劳恩受命研制这种能够携带750kg炸药飞行约300km后准确击中目标的武器。“V2”的德文意思是“报复”，纳粹将其命名为“复仇使者”，企图扭转败局，准备报复。
V2导弹发射时的质量大约13t，可负载1000kg的高能炸药弹头，并射向300km远的目标。导弹先被垂直发射到一定的高度（24～29km），然后按一定的倾角弹道上升。当升至最高点（48km）左右时，无线电指令控制系统关闭发动机，火箭靠惯性继续升到97km。然后，以3542km/h的速度沿抛物线自由下落，最后击中预先计算好的地面攻击目标（图1-2）。
图1-2 V2导弹飞行路线示意图
聪明过人的布劳恩并不是一个死命效忠纳粹的傻瓜，当看到战争形势对德方不利时，他就开始考虑自己及几百名科学家的去向问题。他当然知道自己对美国（或苏联）的价值，但他不相信斯大林，被苏军抓住不会是好事，他们连自己的科学家都不能“善待”，又怎么可能善待像他这样的纳粹战俘——过去的党卫军少校呢？
在从佩纳明德撤退的时候，冯·布劳恩私自做了一个大胆的决定。他舍不得销毁自己多年的研究成果，便违背命令将14t重的火箭技术草图及数据藏在了哈尔茨山一个废弃的矿井里，这些资料也成为他（及他的弟弟）与美军交涉的筹码。
不久后，布劳恩和他的上百名同行一起被送到了美国。
可喜的是，冯·布劳恩在美国如鱼得水，有机会实现了他少年时代的“月球旅行”梦。
美国人如何能先于世界各国实现人类千年的登月梦？这不是一句话就能说清楚的，也远非冯·布劳恩一人的功劳，且听我们从神话和幻想开始，将航天历史慢慢道来。
飞到月亮上去！这是人类自古以来的梦想。不过要实现这个梦想谈何容易，人类被地球的引力牢牢束缚在地面附近，而月亮却高高地挂在天上，离地面有遥远的38万公里！这是一个难以飞越的高度，古人只能凭想象和神话故事来满足对月球的好奇。
据说在14世纪末，有一个叫“万户”的中国官员，注意到人们在节日时当作玩具的烟花礼炮，能够利用火药燃烧产生的反冲力将烟花射到天上。勇敢的万户想用同样的道理将自己送上太空，他将47支烟花（火箭）捆绑在椅子上，做成了一个飞行器。万事俱备之后，万户穿戴整齐，手拿两个风筝，坐上座椅，让别人把47个烟花同时点燃。不幸的是，随着一阵剧烈的爆炸，万户和他的飞行器灰飞烟灭。
有趣的是，这个“万户飞天”的传说，以多个版本的不同形式，被记载在某些西方的航天史文献中。就连月球上的一个环形山，也以他的名字命名。但在中国的历史资料中，却尚未发现关于万户的记载
。
火箭技术是登月的关键，无论万户是否真的是中国人，人们将万户飞天的传说冠以“中国”之名，多半因为中国是火箭技术的发源地。我们经常骄傲地说：“火箭是中国人发明的！”的确，中国唐代出现的烟火类玩物、宋朝的“火箭”，都是利用燃料燃烧后再向后喷射出来产生的反作用力推动物体朝前发射而“上天”，它们当之无愧地成为近代航天技术最原始的“老祖宗”。
尽管万户的试验以失败告终，但基本原理与之相同的现代火箭技术，却一次又一次地在航天活动中取得了成功。这要归功于几个现代火箭技术的先驱人物，首先要介绍的是航天及火箭理论的奠基者——被誉为航天之父的俄罗斯科学家康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基（Konstanty Ciołkowski，1857—1935）。
科幻和科普读物在航天史上的地位举足轻重，当年几位火箭前辈的航天热情都是被登月之类的科学幻想小说点燃的。“飞向月球”是18、19世纪西方科幻作家笔下的热门主题。其中最值得一提的是法国人凡尔纳（Verne，1828—1905）的科幻作品。凡尔纳知识渊博，重视科学根据，所以他的小说既有文学价值，也有科学价值。他小说中的诸多幻想，有许多如今已成为有趣的预言。
《地球到月球》是凡尔纳于1865年创作的作品，描述几个人乘坐一枚由巨大大炮发射出的中空炮弹而飞向月球的故事。这个引人入胜的离奇故事将太空旅行的思想种子播撒在一位俄国失聪少年的心上，他就是齐奥尔科夫斯基。小时候患猩红热使得他的耳朵几乎全聋，无法上正常学校。但是，这个少年固执地对父亲说：“我要去莫斯科，那儿有图书馆，听不见也能读书，因为我将来要研究太空！”
父亲发现了这个“聋”儿子的与众不同：他爱读书，喜欢思考问题，尤其是爱不着边际地幻想。因此，并不富裕的父母满足了儿子的愿望，将他送去莫斯科学习。齐奥尔科夫斯基不负家人所望，自学成才，之后回到家乡担任中学教师，并在完成挣得温饱的工作之余，潜心地研究航天理论问题，被后人誉为“宇宙航天之父”。
由于耳聋，他与外界少有联系，又是靠自学，这对少年齐奥尔科夫斯基的成长以及之后的科学研究工作，既有利也有弊。耳聋使他养成了独立思考的习惯，凡是碰到难题都要自己动手计算一遍。但这个先天不足的缺陷也使得他鲜知同行们早期的研究成果，走了不少弯路。他年轻时经常发明出一些早已被人知道的东西，在科研中也往往是当他将感兴趣的物理问题解决之后，方才得知早已有人做出结果并发表了。例如，他曾经在1881年20多岁时得出气体运动理论的一个重要结果后，才知道这早已在24年之前就被人解决了。但总的来说，齐奥尔科夫斯基的科研之路还算顺利。当时他把他对气体运动理论的计算结果寄给了彼得堡物理化学学会，学会权威们仔细审核了这位研究者的文章，由著名的化学家、周期表发现者门捷列夫给他写了一封言辞谨慎的信。人们没有把齐奥尔科夫斯基当成骗子，反而鼓励这位年轻的中学教师继续他的科研。之后，齐奥尔科夫斯基将研究的兴趣集中到他经常进行思考的与航空航天有关的飞行器和发动机上，研究成果逐渐得到了俄国科学界的认可，加之在门捷列夫等人的帮助下，齐奥尔科夫斯基成了学会的会员。参与学会的活动使他不再是一个孤陋寡闻的“聋子”，而是在学界崭露头角、渐有名气。
齐奥尔科夫斯基使得“航天”走出了“天马行空、不着边际”的幻想，成为一门脚踏实地、可以实现的科学。在他的论文《利用喷气工具研究宇宙空间》中，阐明了航天飞行理论，描述和论证了火箭这种“喷气工具”可以作为宇宙航行的动力。之后，他又具体提出了火箭公式，计算了第一宇宙速度，提出利用火箭进行星际交通、制造人造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出发展宇宙航行和制造火箭的合理途径，找到了火箭和液体发动机结构的一系列重要工程技术解决方案。他指出了火箭怎样才能冲出地球大气层，并指出多极火箭可以达到宇宙速度。他还相信向外星殖民的想法，认为这能使人类永久存在下去。从那时候开始，“航天”成为人们心中可以真正实现的梦想，全世界的人都记住了这位大师的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不会永远被束缚在摇篮里！”
他一生出版了500多部关于宇宙航行的著作，包括科幻作品。他在科幻小说《在地球之外》中，设想的“宇宙游泳”、“宇宙枪”、在月面上降落的小型“着陆船”等，同现代宇宙航行的实际情况惊人地符合。图2-1（a）是齐奥尔科夫斯基设想的宇宙飞船。
齐奥尔科夫斯基于1903年出版的《利用反作用力设施探索宇宙空间》是第一部从理论上论证火箭的论文。文中，他计算了进入地球轨道的逃逸速度是8km/s，论证利用液氧和液氢做燃料的多级火箭可以达到这个速度，见图2-1（b）和（c）。
图2-1 齐奥尔科夫斯基奠定的火箭理论基础
（a）齐奥尔科夫斯基设计的火箭；（b）固体火箭和液体火箭；（c）多级火箭
火箭的原理说起来简单，不就是反作用力嘛！就像人在射击的时候，子弹向前跑，枪托却往后顶的道理一样。的确如此，反作用力随处可见，你用手敲击墙壁，会将手敲痛，这是因为墙壁施加于手上的反作用力；地面上的许多运动也是利用反作用来实现的。当你认真分析多种运动机制后会发现，即使是由反作用力的原理而产生的运动，也有两种不同的方式。比如，考虑人在水中游泳的动作，是利用手臂、腿及身体的摆动，将身边的水向后推，同时水对人体产生一个向前的反作用力，使人向前运动。但是，乌贼或章鱼则有另外一种水中应急逃生时采取的运动方式，它们的身体内有一个储水的口袋，它会在身体紧缩时，将其中的水急速喷出，借助于这些水喷出时的反作用力，乌贼便会迅速作反向运动。总结以上两种反冲运动的规律，游泳人的反冲力是通过周围的介质间接获得，而乌贼的反冲力则通过自身喷水而得到。能在没有介质的太空中前进的火箭，其运动原理类似于乌贼，因此，人们常称乌贼为“水中火箭”。
喷气式飞机也是依靠尾部喷出高速气体的反冲力来使得机身向前运动。但喷气式飞机需要吸进周围的氧气才能燃烧。太空火箭的发动机则不仅需要自带燃料，还要自带氧化剂。因此，火箭的基本构造就是燃料加氧化剂。用固体燃料的为固体火箭，用液体燃料则为液体火箭，见图2-1（b）。最早的中国古代火箭，使用粉末状火药固体，就是固体火箭的例子。从现代观点看，固体火箭和液体火箭各有优缺点。固体火箭的燃料容易长时间储藏和保存，可在任何时候点火发射，但火药一旦点燃，便无法停止，难以控制。液体火箭的液态氧和燃料需要低温储存，常温下容易蒸发为气体，不易保存。但液体火箭具有运载能力大、方便用阀门控制燃烧量等优点，特别是在齐奥尔科夫斯基和几个火箭研究先驱者所在的年代，被认为是实现太空旅行的最佳选择。
人们很早就有了“多级火箭”的想法，据说中国明朝（14世纪）的“火龙出水”，算是最早的二级火箭雏形。因为火箭储料罐中的物质总是越用越少，罐子的质量却不减少，有什么必要携带着这些多余的质量而影响火箭的推力呢？人们自然地考虑将几个小火箭连接在一起，烧完一个之后丢掉，再点燃另一个。齐奥尔科夫斯基经过严格计算，系统地提出了人类如何使用多级火箭而进入太空的理论。
齐奥尔科夫斯基为研究宇宙航行和火箭发动机奠定了理论基础。但谁能把他的“现代火箭”理论变为现实呢？当年从美国和欧洲倒是走出了好几位热衷于火箭的实干者和冒险家，有人受尽冷嘲热讽不气馁，有人年纪轻轻为造火箭而献出生命，也有人一直活到九十多岁，见证人类的登月之梦成为现实。欲知他们姓甚名谁，且听下回分解。
美国物理学家罗伯特·戈达德（Robert Goddard，1882—1945）比齐奥尔科夫斯基晚出生20多年，却同样因为科幻小说的影响而迷上了太空。除了凡尔纳之外，当年还有一部威尔斯的科幻小说《星际战争》，也对戈达德影响极深。对科学着迷的少年往往会在经历某个平常事件的一瞬间，好像突然开窍，有时还伴随着闪亮的思想火花，明白甚至确定了自己毕生的目标和志向。牛顿看见苹果落地，爱因斯坦想象自己随光飞行，大概都属此种情形。戈达德的这一幕发生在他16岁的时候爬上家里的樱桃树，看到宏伟浩瀚的天空景象的那一刻，那迷人的太空奇景一定对他的心灵产生了巨大的震撼，以至于他从树上下来之后，感觉自己完全变了一个人，已经不是原来的那个懵懂少年，从此立志把自己的生涯定位在研究太空上。有意思的是，戈达德甚至毕生保存着那棵樱桃树的照片，并且永远记住了这个日子：1899年10月19日。
虽然喜爱凡尔纳的科幻小说，戈达德和齐奥尔科夫斯基都很早就认识到，书中描写用大炮将人送入太空的想法是不可取的，唯一能达到这个目的的运载工具应该是火箭。因此，少年戈达德“立志太空”的愿望转变为将自己献身于火箭事业。但戈达德却不如齐奥尔科夫斯基幸运，制造火箭的试验长期不被人们理解，甚至遭遇不少讥讽和嘲笑。
戈达德在他的出生地——马萨诸塞州读完物理方面的本科和博士之后，在该州的克拉克大学任教，终身进行他的火箭研究，他的早期火箭实验也大都在家乡马萨诸塞州进行。他从实验固体火箭开始，到后来集中精力制造液体火箭，持有两种火箭的专利。
戈达德不喜欢纸上谈兵。为了通过实践证明火箭真的能在真空中产生推力，1912年，他成功地点燃了一枚放在真空玻璃容器内的固体燃料火箭。1915年的一个傍晚，克拉克大学校园宁静的夜空中突然出现一道明亮的闪光，接着是一阵爆炸声和嘈杂的人声，导致校园内警报声大作，惊慌的学生们后来方知这是戈达德教授进行的第一次火药火箭测试。戈达德后来曾经表示，对于那次实验没有造成伤害而感到安慰。
之后，戈达德得到了少量资金，伍斯特理工学院允许他在校园边缘的一处废弃空地上做实验。但是讨厌的媒体却经常嘲笑和歪曲报道他的工作，使得他似乎感到有些“声名狼藉”。他对自己的研究进行过分的保护，也不愿意与周围同行交流。但他仍然坚持不懈地继续研究，从1920年开始研究液体火箭，认识到液氢和液氧是理想的火箭推进剂，戈达德进行火箭研究直到1941年为止，共获得了214项专利。
1926年3月16日，在马萨诸塞州一片冰雪覆盖的草地上，戈达德和妻子以及两名助手成功发射了世界上第一枚液体火箭，这个发射地点后来成为美国政府官方指定的国家历史地标。这枚液体火箭长约3.4m，发射时重4.6kg，空重为2.6kg。飞行延续了约2.5s，最大高度为12.5m，飞行距离为56m，见图3-1（a）。当然，这些数值离登月还差十万八千里，但在当时却是一次了不起的成功。它的意义正如戈达德所说：“昨日之梦，是今天的希望，明天的现实。”
图3-1 戈达德和奥伯特
（a）戈达德1926年发射第一个液体火箭；（b）奥伯特（中间）研制火箭，右二是布劳恩
戈达德的名声虽然已经被世界各地的火箭爱好者所知，但当地的媒体却依然继续调侃嘲讽他。《纽约时报》的记者们甚至嘲笑他连高中物理都不懂，却整天想着星际旅行，还给他起了个外号“月球人”。戈达德在1929年进行一次试验后，当地的报纸报道此试验时的标题竟然是“月球火箭错过目标238799.5英里
”，这个数字大约就是月地间的距离嘛，以此来挖苦他的月球火箭错射到地球上来了。
我们在第1节中介绍的布劳恩，到美国后回答美国同行有关液体火箭的问题时困惑地表示“你们不知道戈达德吗？我们的液体火箭都是向他学来的，他才是我们的老师。”正是：可恶媒体不懂行，讥讽嘲笑又夸张，火箭专家志登月，墙内开花墙外香。
布劳恩早年在德国时的真正老师是赫尔曼·奥伯特（Hermann Oberth，1894—1989），火箭技术的另一位奠基者。奥伯特就曾经写信给戈达德索要论文。戈达德从1930年至1945年去世，其间进行过31次火箭发射，精神可嘉但技术上的进步不大，没有一次达到2.7km以上，之后更被德国“二战”期间的火箭研究所超越。
赫尔曼·奥伯特比戈达德又小了十几岁，但他在航天理论和实践上都做了不少杰出的独立贡献，被认为是继齐奥尔科夫斯基和戈达德后又一位宇航学和火箭学先驱。他直到1989年95岁高龄去世，是真正见证了美国的“土星五号”运载火箭发射，以及了解“阿波罗”登月进程的航天老前辈。
航天研究之路不是那么好走的，奥伯特在14岁的时候就设计了一个反冲火箭的概念，使用排出的废气来推动火箭。但后来他的关于火箭科学的博士论文却因为“天马行空，脱离现实”而被权威们驳回（1922年）。但奥伯特坚持自己的信念，不愿为得到学位而另发表一篇文章。他自信地认为即使没有博士学位，自己也能成为一名优秀的科学家，有什么必要仅仅为了迎合主流、获得博士学位而做违心之事呢？由此他也批评当年德国的教育体制如同“一辆拥有大功率尾灯的汽车，能照亮过去，却不能启迪未来！”无独有偶，奥伯特也和俄国的齐奥尔科夫斯基一样，很多时候依靠当中学教师来维持生计。
之后奥伯特将他有关航天的思想写成《飞往星际空间的火箭》发表，仍然未能引起科学家的重视。但普通公众对航天的热情有时候大大高于因为务实而表现冷淡的学术界，各层次的读者竞相购买此书，第一版很快就销售一空。但这并非奥伯特的愿望，他仍然在等待学界的承认，方能更为顺利地进行他感兴趣的固体火箭研究工作。
有位著名导演（弗里茨·朗）要拍摄“月亮夫人”的电影而聘请奥伯特作为科学顾问，这件事给奥伯特带来了希望。因为为了宣传效果，在电影首映礼的同时，有可能制造和发射一枚真正的火箭，这成为奥伯特的一项重要任务，他也可以借此为火箭研究筹备更多的资金。电影首映式空前成功，但奥伯特却懊恼无比，因为他设计的火箭没有成功发射，原因是奥伯特和他的助手都缺乏机械方面的训练。
不过奥伯特关于宇宙航行的书却再次获得成功。在这本书的激励下，不少航天爱好者组建了“德国星际航行协会”，奥伯特成为重要的会员，并且他的火箭实验也于1930年取得了第一次成功。这次有了各方面人才的帮助，包括冯·布劳恩在内。布劳恩那时才18岁，刚刚加入航天协会便崭露头角，见图3-1（b）。试验进行了90s，产生了约70N的推力，进步明显但却还不足以使火箭飞离地面。
除了几位火箭先驱的工作之外，当年这些航天协会一类的民间组织对航天事业的推动是功不可没的。比如刚才所提及的德国星际航行协会，是由温克勒和法利尔创建的，温克勒是一名航空工程师，马克斯·法列尔（1895—1930）实际上是奥地利的火箭先驱，也是一位科普作家。他非常欣赏奥伯特的著作《飞往星际空间的火箭》，并将它改写成了一本更为通俗的作品，取名《冲入太空》。之后另一位年轻人，学生物的大学生威利·李又改写了一个自己的版本。这几个人后来成为德国星际航行协会最活跃的骨干分子。
法列尔35岁时在一次火箭试验中牺牲，详情请看在第27节中的介绍。
除了德国的航天协会外，还有美国火箭协会、英国星际航行学会等，也都对航天发展有所贡献。但无论如何，航天理论的祖师爷齐奥尔科夫斯基是俄国人，他的祖国或他的民族也应该有他的追随者和继承人吧。答案是肯定的，这些人是谁呢？且听下回分解。
齐奥尔科夫斯基在俄国的追随者不止一个，其实有一批。从20世纪初这位航天之父发表他的著名理论后，到“二战”之前，俄国也和当年欧洲的其他几个国家类似，激励了不少航天科幻小说和航天爱好者组织了航天协会等火箭研制团体，涌现出了一批火箭专家，并成功地发射了液体火箭和火箭飞机。不过，我们在这里只代表性地介绍一个人。
话说当年德国的V2导弹专家布劳恩带着一批人投降了美国，使美国受益匪浅。当然，除了火箭专家之外，重要的还有火箭研发基地。那块地盘原来是划归苏俄托管的，但美国不甘心，组成了一个突击队，将基地近百枚的V2火箭以及相关设备几乎抢运一空，当苏军在6月1日抵达的时候，只看到一座座空荡荡的工厂。苏联只好忍气吞声地捡了点“残渣剩饭”，将一些留守的二三流科学家及家属和剩余的研究设备运往苏联本土，进行火箭开发。
据说斯大林闻及此事曾对谢洛夫将军等人大发雷霆“不是我们首先打败纳粹、占领柏林，还有佩纳明德导弹基地吗？怎么现在美国却得到了这些专家呢？”为了安抚这位独裁者，有人暗地里提醒说：“不要紧，火箭专家我们自己也有的！”是啊，斯大林这才想起了在1933年，苏联的确曾经成立过一个火箭研究所，在1938年的劳动竞赛中，还研制出了著名的“卡秋莎火箭炮”、火箭飞机等，后来用于实战效果不错，对战斗的胜利起了很大的作用。不过，斯大林有些纳闷：记得在1938年，这个火箭研究所的几个领导已经在“大清洗”中被我镇压枪决了，难道现在要到阴间去找回他们不成？
手下人看出了斯大林的疑惑，赶快报告说，当初的火箭研究所里还有一个叫科罗廖夫的副所长，他才是全面负责技术工作的人才啊。大清洗运动中他也是被判了死罪的，所幸没有立即执行，这个人在西伯利亚做了几年苦工之后，现在正在一个监狱工厂里为我们研究和设计火箭呢。听到这里，独裁者僵硬的脸上才露出了一丝丝笑容……
谢尔盖·科罗廖夫（1907—1966）生于乌克兰，因父亲早逝、母亲改嫁，小时候生活坎坷，没能进入正规中学念书。但他痴迷于飞上天空，在飞机工厂中半工半读时，得到著名的飞机设计师图波列夫的赏识和指点。后来，科罗廖夫成为一名滑翔机设计师和驾驶员，并在齐奥尔科夫斯基的影响下，将他的志向专为研究火箭和航天，在研制火箭的协会中崭露头角，被任命为副所长，后来便有了刚才所述的被清洗到西伯利亚监狱坐牢之事。
图波列夫可算是科罗廖夫命中的“贵人”，少年时将他带上航空航天之路；后来，斯大林对知识分子进行政治镇压和迫害时，图波列夫自己也受到牵连，但是因为“二战”的缘故，苏联太需要飞机了，也太需要像图波列夫这种研究飞机的人才，因此才将图波列夫从无期徒刑监牢里释放出来为苏联研究飞机对抗希特勒。图波列夫得到自由后又使尽全力将科罗廖夫脱离死牢，最后推荐他在研制火箭中担任重任，为苏联发射了第一颗人造地球卫星，成为载人航天的开创者。
虽然俄国从德国捞到的油水不如美国那么多，但苏联雄厚的科技实力和俄罗斯民族的大国气慨帮助了他们。苏联毕竟是航天之父的故乡，这位伟人早已于1935年去世，但他的弟子无数，影响尚存。特别是现在有了科罗廖夫，斯大林不担心了，战争刚结束便派他到德国去考察V2导弹基地的情况，因为斯大林对德国造出的从远处直攻英国本土的“那有趣的玩意儿”印象颇深。战后的世界局势会如何发展呢？原来的同盟国很难再“同盟”下去，丘吉尔和杜鲁门那两个家伙看来是要“结盟”对抗社会主义阵营的，苏联这个“老大哥”当然首当其冲。斯大林清楚地知道，不管冷战热战，重要的还是过硬的实力，一定要有自己的独门功夫才行，否则你就只能成为杜鲁门所言的“听话的乖孩子”。冷战与热战唯一不同的是：“热战”中的实力帮助赢得战争，“冷战”中的实力起到威慑对方的作用。如今，美国手握原子弹，世界已经见识了其威力，这玩意儿我们苏联当然也得有！所以，看起来，研制原子弹和洲际导弹是目前的当务之急啊！
弹道导弹的研制也最好从模仿现成的V2开始。好在苏联也俘获了一批这方面的德国专家，他们和科罗廖夫一起工作了一两年之后，终于把V2发射出来了。这时候，苏联领导觉得德国专家还留在这儿碍事。导弹火箭已经不需要他们帮忙了，这些人反而有里通外国、潜伏起来成为间谍的可能性，于是便将他们全数送回了德国。
却说在美国这边，根据原来的约定，冯·布劳恩等100多名研制V2导弹的专家们为美国工作1年之后便应该是来去自由，但实际上他们绝大多数都长期留了下来。美国本来就是移民国家，对有一技之长的专家学者，更是来者不拒、多多益善。这批人感到在美国工作待遇不错，能用其所长，所以愿意长留，他们后来为美国航天事业做出了不朽的贡献。
如此一来，苏联和美国都有了自己的火箭队伍及其领军主帅，促使那一段时间内（大约10年）对液体火箭的研究发展迅速，双方都很快地重新试射了V2导弹，并在它的基础上研发成功了中程导弹。但是，令当时苏联领导人赫鲁晓夫感到很不爽的一点是，美国可以将中程导弹部署在欧洲国家，其射程就可以到达苏联。但苏联却没有控制任何用中程导弹能打到美国的地区。这个差别激励苏联下决心尽快研发出洲际导弹。当时被任命为弹道式导弹总设计师的科罗廖夫不计前嫌，本着科学家热爱祖国的满腔热忱，不辞劳苦地与专家们一起日夜奋战，取得了一连串的丰硕成果。最后，苏联于1957年8月3日，宣布第一枚洲际导弹（P-7或R-7）发射成功。1年多之后，美国也很快跟上，成功发射了他们的第一枚洲际弹道导弹“SM-65宇宙神”。不过，又有了洲际导弹安放于何处的问题，当然是放置到离敌方越近越好。再则，赫鲁晓夫喜欢张扬，他不愿意将闷气憋在肚子里，有机会就要发泄，于是导致了1962年的古巴导弹危机，成为“冷战”的顶峰和转折点。
苏联的R-7和美国的宇宙神都是在纳粹的V2导弹基础上改进的，十几年的努力不会白费，推力和射程比起V2导弹大大增加，见图4-1。
图4-1 德、苏、美早期导弹（火箭）技术比较
于是，到了20世纪50年代末，苏联和美国都有了核武器，也有了能够将它们互相送到对方家里去的洲际导弹。北极熊和老鹰谁也不怕谁了！虽然谁也不想首先挑起战争，但都有了能够威慑对方的武器作为资本握在手里，双方暂时相安无事。
这种情形下，两方的科学家都不约而同地想起了他们儿时的梦想，也就是他们当年研发火箭的初衷：飞到太空去！实际上，不论是科罗廖夫，还是冯·布劳恩，由他们研制成功的火箭都已经飞上了太空的高度（100km），再作一些改进便可以将航天器送上天，而不是将核弹头送到地球某处去杀人。
那么，什么是最先考虑送上天的航天器？送到哪儿去呢？且听我们下回分解。
除了地球之外，人类最熟悉的天体是太阳和月亮。太阳热气腾腾只能敬而远之，月亮则是一个宁静安详的亲密伙伴，犹如一名守卫着地球的士兵，人类亲切地称它为“卫星”。那么，我们是否首先可以发射一个人造物体，如同月亮那样绕着地球转呢？这个人造物体可以带上需要的仪器设备，代替人类从高处来观测地球、监控大气，研究地磁场以及海洋、潮汐、太阳黑子等，为我们提供各种服务，真正达到“守卫”地球的目的。也就是说，能否发射“人造卫星”？
肯定的答案早在1687年就被物理先驱牛顿给出。根据万有引力定律，任何两个物体之间都存在互相吸引的力，苹果下落、月亮绕圈，都是同一种力在起作用。地球绕着太阳转，月亮绕着地球转，但为什么会一个绕着另一个转，而不是像苹果那样掉到地面上呢？是因为它们有一定的速度（注：本书中经常使用“速度”一词，实际上指的是速率）。如果没有引力，物体将顺着它的速度方向做直线运动，引力使它从直线偏离。比如说，我们从地面上抛石头，石头走的是曲线不是直线，因为地球对它的引力使它从直线偏离。
牛顿在认真研究引力问题时，设想了一个用“牛顿炮”发射人造卫星的思想实验。如图5-1（a）所示，位于高处的牛顿炮沿着水平方向射出一发炮弹，炮弹的初速度越大，便能够射得越远。速度小一些的时候，炮弹射到 A 点；如果加大速度，炮弹便能到达更远的 B 点；如果速度大到一定的数值（ V 10 ），便有可能使得炮弹绕过地球半径到达 C 点并且不再回到地面上，而是环绕地球作圆周运动。
图5-1 人造卫星和宇宙速度
（a）牛顿炮预言人造卫星；（b）宇宙速度
能够使得抛射物体环绕地球作圆周运动的速度的数值，与发射点在地球表面的高度 h 有关，如果 h ＝0， V 10 ＝7.9km/s，叫作地球表面的第一宇宙速度。
设想发射点的高度不变，但抛射物体的速度继续增大，例如速度为图5-1（b）中的 V 10 、 V 11 、 V 12 、 V 13 等，抛射物体仍然绕地球转圈，作周期运动，但轨道变成椭圆。速度越大，椭圆越扁。即轨道的偏心率越大，意味着椭圆的长轴越长。当速度大到某个数值 V 20 时，长轴变到无穷大，也就是说，抛射出去的物体不再回到地球附近。这个使得物体“挣脱”了地球引力束缚的最小速度 V 20 为第二宇宙速度，它的数值是11.2km/s。如果速度再增加的话，物体有可能挣脱太阳的引力，飞出太阳系，那个极限速度叫作第三宇宙速度。与地球引力场有关的，只是第一和第二宇宙速度。以这两个速度之间的速度发射的物体，将类似于月球，理论上来说，不需要额外的动力就会永远围绕地球转圈，即成为地球的人造卫星。
当时科学家们建议发射人造卫星的呼声，也正好迎合了东西两方政治家们的野心。“二战”之后世界力量重新组合，基本上是不打明仗来点冷战，双方的原子弹导弹暂时都是放在家里吓唬人的东西，如果能首先发射一颗人造卫星，不但显示国力，也应该还有真正的用途。20世纪50年代初期，英美各国的科学家们就开始在学术刊物上研讨相关问题。1955年7月29日，美国总统艾森豪威尔颇有些得意扬扬地宣布说：“美国将于1957年发射第一枚人造卫星！”在一个星期之后，苏共中央同意了科罗廖夫几年前有关人造卫星计划的建议。不过，苏联人善于保守秘密，美国人又大而化之，对苏联太空计划之细节不得而知，也从未听过科罗廖夫的名字，搞不清楚谁是苏联火箭技术的领导人，只称呼他为“主任设计师”，并且由此而小看了苏联的科技力量，总以为自己在导弹和宇航领域上理所当然地站在最前沿。不料苏联却在1957年10月4日，给美国人投下了一颗重磅炸弹。苏联在8月26日成功发射洲际导弹后不到一个半月的工夫，就宣布发射了第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”（Sputnik Ⅰ），见图5-2（a）。
苏联抢先发射人造卫星的消息，的确是一颗“心理炸弹”，投在了美国政府、媒体、民众、科学家的心上。媒体一片嘲讽，科技界人士沮丧，老百姓则有些惊慌，以为美国如今“技不如人”，安全会受到威胁。虽然艾森豪威尔及时地于10月9日发表电视演说，祝贺苏联的成就，并解释本国卫星研究的现状，保证美国没有安全问题，但股票市场仍然遭受重创，道琼斯指数从3日的465.82点，跌到22日的419.79点，3周内跌幅近10%。这个事件拉开了美苏太空竞赛的帷幕。
图5-2 苏联、美国、中国的第一颗人造卫星
（a）苏联于1957年10月发射世界上第一颗人造地球卫星；（b）美国的第一颗人造卫星（比苏联晚了4个月）；（c）中国第一颗人造卫星（发射于1970年）
事实上，当初美国是有可能首先发射卫星的，但他们错误地估计了形势，自以为是。美国曾经在“斯普特尼克1号”发射之前尝试过两次试射人造卫星，但因种种原因均告失败。况且，在这种大项目上，资本主义国家那种多条渠道分散科研的体制，显然没有集权制度来得有效。不过，这也激起了美国决策人员的重视和警惕，并改进了诸多科技方面的措施。比如说，美方技术人员在两天内便计算出了“斯普特尼克1号”的轨道；1958年，美国成立了美国宇航局（National Aeronautics and Space Administration，NASA），正式开启了一系列的航天计划；美国人开始重视教育，教育界人士想，我们怎么会落在苏联之后呢？可能是数学训练不够所致。因此，他们推动了新数学运动，要培养出一流科技人才。此外，国家科学基金会的设立，使科学界意外地获得了大量研究资金。
美国人如此不甘示弱，在4个月后，便也成功地发射了人造地球卫星“探险者1号”，见图5-2（b）。第一颗人造卫星的意义主要是象征性的，从图5-2中的尺寸比较，两方第一颗卫星的本体都不大，“斯普特尼克1号”是球形，“探险者1号”是长形，但前者的质量大（83.6kg），差不多是“探险者1号”质量的6倍。第一颗卫星看起来都只像是个简单的玩具，关键设备是能够将它们加速到第一宇宙速度（7.9km/s）、推上“天”去的运载火箭。推动“斯普特尼克1号”的火箭叫作R-7，推动“探险者”的火箭叫作“朱诺Ⅰ火箭”（注意：与NASA在2011年发射的木星探测器重名）。卫星虽然小巧玲珑，发射它们的火箭却都是庞然大物，火箭的尺寸，即高度和直径，都是卫星的10倍左右，质量达到几十吨。两个庞然大物分别由两方的首席火箭专家科罗廖夫和布劳恩设计。
科罗廖夫大胆采用三节捆绑式R-7火箭，成功地将世界上第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”送入轨道。卫星上配有两台无线电广播发射器，它们持续工作了23天，连续不断地将“beep”的声音从太空传送给地球，让全世界的人对苏联不得不刮目相看。这无疑是科学上的重大成果，但是，设计者科罗廖夫的名字却不为人所知。据说诺贝尔奖委员会曾经有意为第一颗人造卫星颁奖，问到谁是设计研制者时，赫鲁晓夫回答：“是全体苏联人民！”，诺贝尔奖不发给如此巨大的集体，那这个奖当然就无人可颁了。
紧接着，苏联又做出了一系列的第一名，使社会主义阵营脸面增光、扬眉吐气。1957年，人造地球卫星2号带小狗莱卡进入太空。莱卡是第一个在太空条件下生活过的生物，它只在太空存活了数小时便因中暑而死，所以也是动物中的第一个太空飞行牺牲者。1958年，苏联成功地发射了第一颗科学卫星（卫星3号）；1959年发射“月球1号”探测器，标志着人造物体首次脱离地球轨道……
有意思的是，美国人总不接受教训，也学不会对他们认为是民用的航天计划来点“保密”措施。他们提前宣布在1961年5月上旬要把美国人送上太空。要知道苏联对此也是早就“万事俱备只欠东风”了。不过，那个年代的苏联在航天相关研究过程中出了一次大事故（本书在最后一章中有所介绍）。炮兵元帅被炸死的阴影还在赫鲁晓夫的脑海里挥之不去，但最后在科罗廖夫的坚持下，苏联终于又抢先了一步。1961年4月12日，苏联人加加林成为首次进入太空的人，他乘坐“东方一号”飞船，绕地球一圈，在太空逗留了108min并安全返回地球。那天，焦虑不安地在电话旁守候了一个多小时的赫鲁晓夫听到铃声后抓起电话，第一句话是：“先告诉我，他是否活着？”
听见了肯定的答案后，赫鲁晓夫心中石头落地，冒出第二句话：“让他高兴高兴吧。”
赫鲁晓夫问话中所担忧的加加林依然活着。不过他在短短的太空之行中险象环生，他的飞船呼啸翻滚着降落在离预计目标甚远（400km）的一片草原上，将地面撞出了一个大坑！他自己倒是幸运，从飞船中被弹射出来后，他撑着降落伞平稳地落在了一块软绵绵的耕地上。
加加林身穿橘红色宇航服，个头不高，1.57m。据说挑选小个头的加加林担此重任也是科罗廖夫精心考虑过的，以便更容易被塞进空间有限的飞船中。话说这位宇航员拨开被风吹得飘飘摇摇的降落伞，安然无恙地站起来后，立刻凭直觉认出了这里仍然是祖国苏联的领土。这是第一件大好事，因为根据预先设置的命令，如果降落在敌对国家的话，就得考虑引爆预先设置的炸弹，来个“光荣牺牲”，以避免背上“叛逃”的嫌疑。奇装异服的加加林朝正在耕地上劳动的一对母女走过去，一开始吓坏了她们。但最后，加加林在母女的帮助下，赶快打电话给莫斯科报告了这个喜讯，也立即高兴地得知了他已经被命名为“苏联英雄”并且军衔连升两级、成为少校的好消息。
加加林上天，实现了齐奥尔科夫斯基的名言：“地球是人类的摇篮，但人类不会永远停留在摇篮里。”世界各地的媒体都报道了这个消息，满面笑容的苏联人加加林代表人类，第一次离开了“摇篮”！
三个星期之后，美国也用“水星号”将第一个美国人阿兰·谢泼德送上了太空，但终究还是又一次错失了第一名。并且，这个美国的第一次载人太空旅行只是一次弹道似的，没有进入地球的轨道，飞行时间总共只有15分钟22秒。
这些为人类登月进行准备的航天活动中，苏联都走在了美国的前面，可惜好景不长，1969年至1970年的“阿波罗计划”为美国打了一个翻身仗。
苏联人为何没有登上月亮？美国人的月球计划是怎样取得成功的？月亮的运动有何特点？作者将在下一章中慢慢道来。